碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律及機(jī)制研究.pdf

1、碎軟低滲煤層的煤層氣地面抽采，多年來一直是制約我國煤礦瓦斯災(zāi)害防治和煤層氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的技術(shù)瓶頸，也是世界性技術(shù)難題。突破碎軟低滲煤層的煤層氣地面抽采技術(shù)，是當(dāng)今亟待研究的重大科學(xué)技術(shù)命題。本文依托“十二五”國家油氣科技重大專項(xiàng)“兩淮礦區(qū)煤層群開采條件下煤層氣抽采示范工程”項(xiàng)目(2011ZX05064)，應(yīng)用煤地質(zhì)學(xué)、石油天然氣地質(zhì)學(xué)、滲流力學(xué)、斷裂力學(xué)、油氣藏開發(fā)、儲層模擬等理論和方法，通過理論研究、分析測試、物理模擬、數(shù)值模擬，開展了

2、碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂煤層氣抽采模式的壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律及機(jī)制、高效水力壓裂強(qiáng)化增產(chǎn)等理論和技術(shù)工藝研究，并通過淮北礦區(qū)蘆嶺煤礦碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂煤層氣抽采示范工程驗(yàn)證，取得了以下主要研究成果和認(rèn)識。
　　(1)建立了碎軟低滲煤層頂板水平井分段壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律研究分析的、展現(xiàn)頂板——煤層——底板力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力特征和水平井層位的地質(zhì)-工程模型。
　　(2)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了圍壓條件下多組表征碎軟低滲煤層頂板水平井

3、定向穿層壓裂的物理模擬試驗(yàn)，揭示了在合理的水平井層位和合理的泵注排量條件下，頂板水平井壓裂裂縫能夠從人工頂板巖層向下穿層擴(kuò)展并貫穿人工煤層，為頂板水平井分段壓裂強(qiáng)化改造碎軟低滲煤層的可行性提供了實(shí)驗(yàn)佐證。
　　(3)揭示了頂板巖層水平井在向下定向射孔約束條件下的水力壓裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律及機(jī)制，并建立了相應(yīng)的裂縫擴(kuò)展模型。在緊鄰煤層的頂板巖層進(jìn)行水力壓裂，不僅壓裂裂縫能夠從高應(yīng)力值的頂板巖層向下伏較低應(yīng)力值的碎軟低滲煤層穿層擴(kuò)展和貫穿，

4、而且在下伏碎軟低滲煤層中形成的裂縫長度，由于相對脆性的頂板巖層壓裂縫在橫向延伸同時(shí)對煤層產(chǎn)生的撕扯作用，要比直接在碎軟低滲煤層中進(jìn)行水力壓裂形成的裂縫更長。在給定的地質(zhì)-儲層條件和壓裂工藝參數(shù)條件下前者縫長是后者縫長的6.7倍。顯然，在緊鄰煤層的頂板巖層進(jìn)行水力壓裂，大大增加了碎軟低滲煤層的強(qiáng)化增產(chǎn)效果。
　　(4)在排量為8m3/min等模擬條件下，確定出依次壓裂的最優(yōu)壓裂分段間距為100m，交替壓裂的最優(yōu)壓裂分段間距為70m。

5、
　　(5)研究成果得到了淮北蘆嶺煤礦碎軟低滲突出煤層頂板水平井分段壓裂煤層氣抽采示范工程的驗(yàn)證，取得了良好效果。該水平井的水平段長586m，分7段壓裂，累計(jì)注入壓裂液6627m3，石英砂541m3，加砂強(qiáng)度77 m3/段，煤層氣最高日產(chǎn)氣量10760m3、連續(xù)3個(gè)月日產(chǎn)氣量10000m3以上、連續(xù)17月平均日產(chǎn)量高達(dá)7075m3、已累計(jì)產(chǎn)氣量401萬方，創(chuàng)造了我國碎軟低滲煤層的煤層氣水平井水力壓裂加砂量和產(chǎn)氣量的新紀(jì)錄。